【正文】 （前面應(yīng)該編寫(xiě)個(gè)目錄）年產(chǎn)8萬(wàn)噸合成氨合成工段設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 總論氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。 同時(shí)也是能源消耗的大戶(hù)，世界上大約有10 %的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨主要用于農(nóng)業(yè),合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占70 %的比例，稱(chēng)之為“化肥氨”；同時(shí)氨也是重要的無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹(shù)脂的原料，這部分約占30 %的比例,稱(chēng)之為“工業(yè)氨”。世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個(gè)階段。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析, 未來(lái)合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變, 其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密?chē)@“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期, 改善經(jīng)濟(jì)性”的基本目標(biāo), 進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)[1]。(1) 大型化、集成化、自動(dòng)化, 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來(lái)合成氨裝置的主流發(fā)展方向。以Uhde公司的“雙壓法氨合成工藝”和Kellogg 公司的“基于釕基催化劑KAAP 工藝”,將會(huì)在氨合成工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。氨合成工藝單元主要以增加氨合成轉(zhuǎn)化率(提高氨凈值) ,降低合成壓力、減小合成回路壓降、合理利用能量為主，開(kāi)發(fā)氣體分布更加均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更加合理的合成塔及其內(nèi)件。 開(kāi)發(fā)低壓、高活性合成催化劑, 實(shí)現(xiàn)“等壓合成”。(2) 以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的有效途徑。實(shí)施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來(lái)合成氨裝置的必然和惟一的選擇。生產(chǎn)過(guò)程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物,實(shí)現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,延長(zhǎng)運(yùn)行周期是未來(lái)合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來(lái)越受到重視。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目的和依據(jù)：產(chǎn)量：80 kt/a 液氨放空氣（惰性氣Ar +CH4 ）：17% 原料：新鮮補(bǔ)充氣N2 24%，H2 %，Ar %，CH4 % 合成塔進(jìn)出口氨濃度：%，% 放空氣:（惰性氣Ar +CH4 ）～17% 合成塔操作壓力 32 MPa （絕壓） 精練氣溫度 40℃ 水冷器出口氣體溫度 35 ℃ 循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差 年工作日 310 d計(jì)算基準(zhǔn) 生產(chǎn)1t氨：年產(chǎn)8萬(wàn)噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)具體內(nèi)容范圍及設(shè)計(jì)階段本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為合成氨合成工段的設(shè)計(jì)，具體包括以下幾個(gè)設(shè)計(jì)階段： 1. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝流程。 2. 進(jìn)行化工計(jì)算，包括物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計(jì)算。 3. 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（PID）。 4. 進(jìn)行車(chē)間布置設(shè)計(jì)，并繪制設(shè)備平立面布置圖。 5. 進(jìn)行管路配置設(shè)計(jì)，并繪制管路布置圖。 6. 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。、用途及市場(chǎng)需要 (1) 氨的物化性能合成氨的化學(xué)名稱(chēng)為氨，%。氨是一種無(wú)色具有強(qiáng)烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無(wú)色氣體，比空氣輕，熔點(diǎn)－℃；沸點(diǎn)－℃。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，；。極易溶于水，常溫（20℃）常壓下，一個(gè)體積的水能溶解600個(gè)體積的氨；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一個(gè)體積水能溶解1300個(gè)體積的氨氨的水溶液稱(chēng)為氨水，呈強(qiáng)堿性。因此，用水噴淋處理跑氨事故，能收到較好的效果[2]。氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素；在鉑催化劑存在的條件下，氨與氧作用生成一氧化氮，一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。氨在高溫下(800℃以上)分解成氮和氫；氨具有易燃易爆和有毒的性質(zhì)。氨的自燃點(diǎn)為630℃，氨在氧中易燃燒，燃燒時(shí)生成藍(lán)色火焰。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸?！?8％，～82％。液氨或干燥的氣氨，對(duì)大部分物質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等有腐蝕作用[3]。(2) 氨的用途氨是基本化工產(chǎn)品之一，用途很廣?；适寝r(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都居于化肥工業(yè)之首，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著氮肥工業(yè)的水平。以氨為主要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥料。還可以將氨加工制成各種含氮復(fù)合肥料。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國(guó)家已大量使用液氨?？梢?jiàn)，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹(shù)脂、含氮無(wú)機(jī)鹽等工業(yè)部門(mén)。將氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料?，F(xiàn)代國(guó)防工業(yè)和尖端技術(shù)也都與氨合成工業(yè)有密切關(guān)系，如生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開(kāi)氨。此外，氨還是常用的冷凍劑。合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)和帶動(dòng)了許多科學(xué)技術(shù)部門(mén)的發(fā)展，如高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類(lèi)燃料的合理利用等。同時(shí)，尿素和甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。所以合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要部門(mén)[4]。(3) 市場(chǎng)需要據(jù)資料統(tǒng)計(jì):1997 。預(yù)計(jì)2000 。%%。我國(guó)1996 ,專(zhuān)家預(yù)測(cè)2000 年將達(dá)36Mt,2020 年將增加至45Mt。即今后20 倍。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。未來(lái)我國(guó)合成氨氮肥的實(shí)物產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)石油和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無(wú)收在于水,收多收少在于肥”。所以,合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。它的發(fā)展將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此,我國(guó)現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴(kuò)建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。我國(guó)七十至九十年代先后重復(fù)引進(jìn)30 多套大化肥裝置,耗費(fèi)巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時(shí),也受到國(guó)外的制約。今后應(yīng)利用國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù),自力更生,立足國(guó)內(nèi),走出一條具有中國(guó)特色的社會(huì)主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。過(guò)去引進(jìn)建設(shè)一套大型化肥裝置,耗資數(shù)十億元。當(dāng)今走老廠改造擴(kuò)建的道路,可使投資節(jié)省1/2—2/3。節(jié)省的巨額資金,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提高農(nóng)民生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。 氨的合成是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣在催化劑的作用下多快好省地合成為氨。對(duì)于合成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液體氨即是它的產(chǎn)品。工業(yè)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來(lái)分類(lèi)[3]。(1)高壓法操作壓力70～100MPa，溫度為550～650℃。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是氨合成效率高，混合氣中的氨易被分離。故流程、設(shè)備都比較緊湊。但因?yàn)楹铣尚矢撸懦龅臒崃慷?，催化劑溫度高，易過(guò)熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。又因?yàn)槭歉邷馗邏翰僮?，?duì)設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費(fèi)用大。目前工業(yè)上很少采用此法生產(chǎn)。(2)中壓法操作壓力為20～60MPa，溫度450～550℃，其優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好。因?yàn)楹铣蓧毫Φ拇_定，不外乎從設(shè)備投資和壓縮功耗這兩方面來(lái)考慮。從動(dòng)力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大。但功耗決不但取決于壓力一項(xiàng)，還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況?？偟膩?lái)看，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。因此，本次設(shè)計(jì)選用32MPa壓力的合成氨流程。(3)低壓法操作壓力10MPa左右，溫度400～450℃。由于操作壓力和溫度都比較低，故對(duì)設(shè)備要求低，容易管理，且催化劑的活性較高，這是此法的優(yōu)點(diǎn)。但此法所用催化劑對(duì)毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對(duì)原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。 產(chǎn)品方案產(chǎn)品的名稱(chēng)：氨(NH3)；產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格：液體純氨；產(chǎn)品的規(guī)模：80 kt/a 液氨；產(chǎn)品的包裝方式：氨為高壓低溫液體，合成后直接送到下一工段作為原料繼續(xù)生產(chǎn)，多余部分設(shè)立氨儲(chǔ)槽儲(chǔ)存起來(lái)。、來(lái)源生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氫、氮原料氣。氮?dú)鈦?lái)源于空氣，可以在低溫下將空氣液化、分離而得，或者在制氫過(guò)程中直接加入空氣來(lái)解決。氫氣來(lái)源于水或含有烴類(lèi)的各種燃料，它取決于用什么方法制取。最簡(jiǎn)便的方法是將水電解，但此法由于電能消耗大、成本高而受到限制?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用以焦炭、煤、天然氣、重油等原料與水蒸汽作用的氣化方法。 主要原料規(guī)格 (1) 合成塔進(jìn)口氣體組成合成塔進(jìn)口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。當(dāng)氫氫比為3時(shí)，對(duì)于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少量差異，氨合成反應(yīng)氫與氮總是按3：1消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會(huì)積累起來(lái)，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。惰性氣體(CHAr)來(lái)源于新鮮原料氣，它們不參與反應(yīng)因而在系統(tǒng)中積累。惰性氣體的存在，無(wú)論從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)上考慮均屬有弊。但是，維持過(guò)低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導(dǎo)致原料氣消耗量增加。如果循環(huán)氣中惰性氣體含量一定，新鮮氣中惰性氣體含量增加，根據(jù)物料平衡關(guān)系，新鮮氣消耗隨之增大。因此，循環(huán)氣中惰性氣體含量應(yīng)根據(jù)新鮮氣惰性氣體含量、操作壓力、催化劑活性等條件而定。由于原料氣制備與凈化方法不同，新鮮氣中惰性氣體含量也各個(gè)相同，循環(huán)氣中所控制的惰性氣體含量也有差異。當(dāng)其它條件一定時(shí)，進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。對(duì)于冷凍法分離氨，初始氨含量與冷凝溫度和系統(tǒng)壓力有關(guān)。為過(guò)分降低冷凝溫度而過(guò)多地增加氨冷負(fù)荷在經(jīng)濟(jì)上也并不可取。操作壓力300atm時(shí)，～％；150atm時(shí)，～％。(2) 硫化物和碳氧化物含量無(wú)論那一種原料所得原料氣，都含有一定數(shù)量的硫化物。雖然原料氣中硫化物含量不高，但對(duì)合成氨生產(chǎn)危害卻很大。硫化物是各種催化劑的毒物，硫化氫能腐蝕設(shè)備管道。以烴類(lèi)為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對(duì)硫含量限制十分嚴(yán)格，(重量)以下。為防止CO和CO2對(duì)催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得多余20ppm[5]。中小型合成氨廠在生產(chǎn)過(guò)程中，常見(jiàn)的有毒有害物質(zhì)種類(lèi)很多，多以氣體、蒸氣、霧、粉塵等狀態(tài)存在，其中有毒有害氣體是合成氨生產(chǎn)中最常見(jiàn)的。 氨氣和液氨氨氣是一種具有強(qiáng)烈刺激臭味的無(wú)色氣體, 易被液化成藍(lán)色液體。車(chē)間空氣中氨的最高容許濃度為30 毫克／米3。它對(duì)人的眼睛和呼吸器官有較大的傷害作用。氨中毒的癥狀首先是服粘膜和呼吸道粘膜受到刺激、胸感抑郁、胃痛、打噴嚏、流口水、周身有不舒服感。如在氨氣濃度不大的環(huán)境中，停留時(shí)間不長(zhǎng)，而且能及時(shí)離開(kāi)環(huán)境，到空氣新鮮的地方去，上述的癥狀可漸漸消失。中毒嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引起肺部腫脹導(dǎo)致死亡。氨氣刺激眼睛能引起角膜炎。因氨有氣味，故較好預(yù)防。合成氨生產(chǎn)中合成工段經(jīng)常接觸的液體毒物有液氨、氨水等。液氨或氨水濺入眼內(nèi)，可造成眼睛嚴(yán)重?fù)p傷，出現(xiàn)眼瞼水腫，眼結(jié)膜迅速充血水腫，眼劇痛，角膜混濁，甚至因角膜潰瘍、穿孔而失明。接觸液氨和高濃度氣氨，可使皮膚引起類(lèi)似強(qiáng)堿的嚴(yán)重灼傷，出現(xiàn)紅斑、水泡，甚至因吸收水分，使皮膚脂肪皂化而壞死。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，有很少一部份氣態(tài)NH3無(wú)法回收，通過(guò)放空火炬燃燒掉就不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。對(duì)于成品氨罐放空的氣態(tài)NH3可引入冰機(jī)中進(jìn)行加壓冷凝，不僅回收了NH3，同時(shí)也不會(huì)造成環(huán)境的污染[3]。 合成氨廢水合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水是COD的主要來(lái)源。比如，隔油池中廢水就含有COD。如果含有COD的廢水排放出去就會(huì)繁衍菌類(lèi)、藻類(lèi)，污染水源和土壤，更嚴(yán)重的是會(huì)造成污染滋生源，對(duì)環(huán)境造成更大的破壞。要減少?gòu)U水和工藝?yán)淠褐械腃OD的排放，可改進(jìn)生產(chǎn)工藝，使廢水排放減少，建設(shè)特生化處理裝置，進(jìn)行廢水處理，使廢水中的COD含量達(dá)到國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)[6]。2 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定氨的合成工段，其主要任務(wù)是在適宜的溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。然后將所得的氣氨，從氫氮混合氣中經(jīng)冷卻冷凝成為液態(tài)氨分離出來(lái)。液氨由氨罐進(jìn)入氨冷器蒸發(fā)為氣氨，送碳化崗位制取碳酸氫銨；或送硝酸車(chē)間制取硝酸和硝銨；或送硫銨車(chē)間制取硫酸銨；或?qū)⒁喊彼湍蛩剀?chē)間制取尿素等。未合成為氨的氫氮混合氣體繼續(xù)在合成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。合成氨生產(chǎn)的特點(diǎn)，概括起來(lái)有如下幾方面[7]：(1)工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備管道多；(2)生產(chǎn)過(guò)程有高度的連續(xù)性；(3)各工序生產(chǎn)操作相互影響；(4)生產(chǎn)是在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的情況下進(jìn)行的。在整個(gè)合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，合成氨生產(chǎn)比較復(fù)雜，始終存在著高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等危險(xiǎn)因素，各種控制條件比較嚴(yán)格，稍有疏忽就可能發(fā)生事故。同時(shí)，因生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備長(zhǎng)期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類(lèi)事故發(fā)生率比較高，尤其是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故經(jīng)常發(fā)生。但是，只要我們能充分認(rèn)識(shí)這一客觀規(guī)律并掌握這一客觀規(guī)律就能做到安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。因此，合成氨生產(chǎn)必須滿(mǎn)足高溫、高壓、高純度要求。在生產(chǎn)過(guò)程中有一系列化學(xué)反應(yīng)、傳熱、燃燒、分離等過(guò)程,溫度、壓力、濃度等因素都影響反應(yīng)的進(jìn)行,這些因素又受到設(shè)備質(zhì)量、水質(zhì)、煤質(zhì)、季節(jié)、氣候、操作水平、調(diào)度與管理的影響,這樣就形成了合成氨生產(chǎn)工藝過(guò)程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作管理與生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜性。 氨合成過(guò)程的基本工藝步驟 實(shí)現(xiàn)氨合成的循